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Ralf Riedel:

Nicht-oxidische Keramiken aus anorganischen Vorstufen

1993. 221 Seiten, 89 Abbildungen, 31 Tabellen, 15x21cm, 400 g
Language: Deutsch

(Materialkundlich-Technische Reihe, Band 12)

ISBN 978-3-443-23013-5, brosch., price: 50.00 €

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Keywords

MaterialkundeWerkstoffKeramikOxid

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Mit der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, daß die Festphasenpyrolyse anorganischer Polymere ein geeignetes Verfahren darstellt, nicht-oxidische Si-keramische Formkörper bei ungewöhnlich niedrigen Temperaturen (800 - 1200°C) und ohne Zusatz von Sinterhilfsmitteln herzustellen. Nach gezielter Vernetzung molekularer Ausgangsverbindungen zu unschmelzbaren Produkten, ist die thermische Zersetzung polymerer Formteile zu rißfreien Keramikteilen möglich. Voraussetzung hierfür ist, daß das Polymer während der Thermolyse nicht mehr aufschmilzt und sich zu Formteilen mit offener Porosität verarbeiten läßt. Die offene Porosität ist ein wichtiger Parameter dieses Verfahrens, da sie die Abführung der Reaktionsgase auch bei dickwandigen Teilen gewährleistet. Erst nach Beendigung der Pyrolyse darf auch die Bildung geschlossener Porosität zugelassen werden. Darüber hinaus müssen die polymeren Partikel an der Oberfläche genügend reaktiv sein, damit es beim Aufheizen zwischen den einzelnen Polymerteilchen zur Ausbildung neuer kovalenter Bindungen kommt. Auf diese Weise können die ursprünglich polymeren Partikel durch Thermolyse zu einem stabilen, kontinuierlichen Netzwerk aus keramischem Material reagieren.

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Einleitung 1
1.1 Konventionelle Herstellung keramischer Werkstoffe 4
1.1.1 Herstellung von SiC- und Si3N4-Formkörpern 8
1.2 Alternative Verfahren zur Herstellung keramischer Werkstoffe 9
1.2.1 CVD-Verfahren 9
1.2.2 Sol-Gel-Verfahren 11
1.2.3 Polymer-Pyrolyse 15
2 Polymer-Pyrolyse: Das Verfahren 17
2.1 Verfahrensbeschreibung 17
2.2 Eigenschaften elementorganischer Polymere 23
3 Herstellung keramischer Formteile aus polymeren Formkörpern 26
3.1 Zielsetzung 26
3.2 Si-keramische Formkörper aus Poly(organyl)silazanen 28
3.2.1 Poly(hydridomethyl)silazan NCP 200 30
3.2.2 Poly(methylvinyl)silylhydrazin PV 43
3.3 Si-keramische Formkörper aus Polycarbosilanen 45
3.4 Anmerkungen zum Verdichtungsmechanismus 49
3.4.1 Viskoses Fließen 51
3.4.2 Reaktionssintern 51
3.5 Ausblick 52
4 SiC-Keramiken aus Poly(organyl)silanen 53
4.1 Poly(diorganyl)silane Eigenschaften und Synthesen 54
4.2 Synthese von Polysilanen und Polycarbosilanen 55
4.2.1 Thermogravimetrische Analyse (TGA/DTA) 59
4.2.2 Infrarot- und N'MR-Spektroskopie 63
4.2.2.1 Anmerkungen zum Mechanismus der Polycarbosilanbildung aus Polysilan 63
4.2.3 Molmassenverteilungsanalyse 67
4.3 Synthese borhaltiger Poly(organyl)silane 67
4.3.1 Hydroborierung von Poly(methylvinyl)silan 69
4.3.2 Polykondensation von Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran zu
borhaltigen Si-Polymeren 70
4.4 Röntgendiffraktometrie 72
4.5 In situ Bildung von SiC-Dispersionen 77
4.5.1 In situ erzeugte SiC-Dispersionen in Si3N4 79
4.5.1.1 Gefügeanalyse der Si3N4/SiC-Composite.83
4.5.2 In situ-Bildung von SiC-Dispersionen in B4C Matrices 84
4.5.2.1 Charakterisierung der mit Polysilan PMPS C* beschichteten B4C-Pulver 85
4.5.2.2 B4C/SiC-Verbundwerkstoffe 88
4.5.2.3 Oxidationsverhalten 88
4.6 SiC-Schichten aus Poly(organyl)silanen 91
4.7 Ausblick 95
5 Si-N-Keramiken aus Poly(organyl)silazanen 96
5.1 Poly(organyl)silazane Herstellung und Eigenschaften 97
5.2 Si-C-N-Keramiken aus Poly(organyl)silazanen 100
5.2.1 Verwendete Poly(organyl)silazane 100
5.2.2 Charakterisierung und Pyrolyse von Poly(hydridomethyl)silazanlO0
5.2.3 Charakterisierung der Siliciumcarbidnitride 104
5.2.4 Sinterverhalten von Siliciumcarbidnitrid-Pulvern 110
5.2.5 Gefügecharakterisierung 113
5.2.6 Mechanische Eigenschaften 119
5.3 Pyrolyse von Poly(organyl)silazanen unter Ammoniak 122
5.3.1 Herstellung von Si2N2O aus Poly(hydridochlor)silazan 124
5.3.2 Kristallisationsverhalten von amorphem Si3N4 129
5.3.2.1 Experimentelle Vorgehensweise 131
5.3.2.2 Ergebnisse und Diskussion 131
5.4 Ausblick 137
6 B-C-N-haltige Materialien aus Amin-Boranen 139
6.1 Thermische Zersetzung von Amin-Boranen 140
6.1.1 Alkylamin-Borane 141
6.1.2 Pyridin-Boran CsHsN BH3 141
6.1.3 Piperazin-Boran HNC4H~NH BH3 146
6.1.4 Charakterisierung der Borcarbidnitride BXCyNz 146
6.1.5 Elektrische Leitfähigkeit von BC4N 154
6.2 Sintern von SiC mit Pyridin-Boran als Sinteradditiv 155
6.2.1 Beschichtung von SiC-Pulver mit Pyridin-Boran 157
6.2.2 Formgebung 159
6.2.3 Sinterverhalten 160
6.2.4 Gefügecharakterisierung 161
6.3 Ausblick 164
7 Umsetzung von AlCl3 mit Silazanverbindungen 166
7.1 Reaktion von AlCl3 mit Hexametlryldisilazan 167
7.1.1 Molekülstruktur des dimeren Dichlor(N-trin1ethylsilyl)aminoalans 168
7.1.2 Thermischer Abbau des dimeren Dichlor(N-trimetl~ylsilyl)aminoalans zu
AIN 170
7.2 Reaktion von AICl3 mit Octamethylcyclotetrasilazan 175
8 Experimenteller Teil 180
8.1 Spektroskopische Untersuchungen 180
8.1.1 Kernresonanzspektren 180
8.1.2 Infrarotspektroskopie 181
8.1.3 Photoelektronenspektroskopie (ESCA) 181
8.1.4 Augerelekfronenspektroskopie (AES) 181
8.1.5 Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) 182
8.1.6 Massenspektroskopie 182
8.2 Gelpermeationschromatographie (GPC) 182
8.3 Chemische Analyse 182
8.4 Thermogravimetrische Analyse 183
8.5 Elekfronenmikroskopische Untersuchungen 183
8.6 Röntgenbeugung 184
8.7 Dichtebestimmung und Porosimetrie 184
8.7.1 Dichte 184
8.7.2 Porosimetrie 185
8.8 Dilatometrie 185
8.9 Keramographie 185
8.10 Mechanische und physikalische Eigenschaften 185
8.10.1 Härte 185
8.10.2 Elastizitätsmodol 186
8.10.3 Biegebruchfestigkeit 186
8.101 Bruchzähigkeit 186
8.11 Keramische Formkörper durch Polymer-Pyrolyse 187
8.11.1 Si-C-N-Formkörper aus Poly(hydridomethyl)silazan 187
8.11.2 Si-C-N-Formkörper aus Poly(methylvinyl)silylhydrazin 188
8.11.3 SiC-Formkörper aus Polycarbosilanen 188
8.12 SiC-Keramiken aus Poly(diorganyl)silanen 189
8.12.1 Synthese von Poly(methylphenyl)silan 189
8.12.2 Herstellung der Si3N4/SiC-Verbundwerkstoffe 190
8.12.3 Herstellung der B4C/SiC-Verbundwerkstoffe 190
8.12.4 Darstellung von Poly(methylvinyl)silan (PVS) 191
8.12.5 Hydroborierung von Poly(methylvinyl)silan 191
8.12.6 Darstellumg von Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran 192
8.12.7 Umsetzung von Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran mit NH3 192
8.12.8 Pyrolyse des Reaktionsproduktes aus der Umsetzung von
Tris-[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran mit NH3 193
8.12.9 Vernetzung des Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]borans mit H2O
und Pyrolyse des Reaktionsproduktes 193
8.13 Si-N-Keramiken aus Polysilazanen 193
8.14 B-C-N-haltige Materialien aus Amin-Boranen 194
8.14.1 Pyrolyse von Pyridin-Boran 194
8.14.2 Beschichtung von SiC-Pulvern mit Pyridin-Boran 194
8.15 Umsetzung von AlCI3 mit Silazanverbindungen 195
8.15.1 Reaktion von AlCl3 mit Hexamethyldisilazan 195
8.15.2 Darstellung und Charakterisierung des dimeren
Dichlor(N-trimethylsilyl)aminoalans 196
8.16 Reaktion von AlCl3 mit Octamethylcyclotetrasilazan 196
9 Zusammenfassung und Ausblick 198
Literaturverzeichnis 206